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集合的底層實現

ArrayList的實現原理:

    1.ArrayList是List介面的可變陣列非同步實現,並允許包括null在內的所有元素。

    2.底層使用陣列實現。

    3.該集合是可變長度陣列,陣列擴容時,會將老陣列中的元素重新拷貝一份到新的陣列中,每次陣列容量增長大約是其容量的1.5倍,這種操作的代價很高。

    4.採用了Fail-Fast機制,面對併發的修改時,迭代器很快就會完全失敗,而不是冒著在將來某個不確定時間發生任意不確定行為的風險。

    5.remove方法會讓下標到陣列末尾的元素向前移動一個單位,並把最後一位的值置空,方便GC。

LinkedList

的實現原理:

    1.LinkedList是List介面的雙向連結串列非同步實現,並允許包括null在內的所有元素。

    2.底層的資料結構是基於雙向連結串列的,該資料結構我們稱為節點。

    3.雙向連結串列節點對應的類Node的例項,Node中包含成員變數:prev,next,item。其中,prev是該節點的上一個節點,next是該節點的下一個節點,item是該節點所包含的值。

    4.它的查詢是分兩半查詢,先判斷index是在連結串列的哪一半,然後再去對應區域查詢,這樣最多隻要遍歷連結串列的一半節點即可找到。

HashMap的實現原理:

    1.HashMap是基於雜湊表的Map介面的非同步實現,允許使用null值和null鍵,但不保證對映的順序。

    2.底層使用陣列實現,陣列中每一項是個單向連結串列,即陣列和連結串列的結合體;當連結串列長度大於一定閾值時,連結串列轉換為紅黑樹,這樣減少連結串列查詢時間。

    3.HashMap在底層將key-value當成一個整體進行處理,這個整體就是一個Node物件。HashMap底層採用一個Node[]陣列   來儲存所有的key-value對,當需要儲存一個Node物件時,會根據key的hash演算法來決定其在陣列中的儲存位置,在根據equals方法決定其在該陣列位置上的連結串列中的儲存位置;當需要取出一個Node時,也會根據key的hash演算法找到其在陣列中的儲存位置,再根據equals方法從該位置上的連結串列中取出該Node。

    4.HashMap進行陣列擴容需要重新計算擴容後每個元素在陣列中的位置,很耗效能。

    5.採用了Fail-Fast機制,通過一個modCount值記錄修改次數,對HashMap內容的修改都將增加這個值。迭代器初始化過程中會將這個值賦給迭代器的expectedModCount,在迭代過程中,判斷modCount跟expectedModCount是否相等,如果不相等就表示已經有其他執行緒修改了Map,馬上丟擲異常。

HashTable的實現原理:

    1.Hashtable是基於雜湊表的Map介面的同步實現,不允許使用null值和null鍵。

    2.底層使用陣列實現,陣列中每一項是個單鏈表,即陣列和連結串列的結合體。

    3.Hashtable在底層將key-value當成一個整體進行處理,這個整體就是一個Entry物件。Hashtable底層採用一個Entry[]陣列來儲存所有的key-value對,當需要儲存一個Entry物件時,會根據key的hash演算法來決定其在陣列中的儲存位置,在根據equals方法決定其在該陣列位置上的連結串列中的儲存位置;當需要取出一個Entry時,也會根據key的hash演算法找到其在陣列中的儲存位置,再根據equals方法從該位置上的連結串列中取出該Entry。

    4.synchronized是針對整張Hash表的,即每次鎖住整張表讓執行緒獨佔。

ConcurrentHashMap的實現原理:

    1.ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行,其關鍵在於使用了鎖分離技術。

    2.它使用了多個鎖來控制對hash表的不同段進行的修改,每個段其實就是一個小的hashtable,它們有自己的鎖。只要多個併發發生在不同的段上,它們就可以併發進行。

    3.ConcurrentHashMap在底層將key-value當成一個整體進行處理,這個整體就是一個Entry物件。ConcurrentHashMap底層採用一個HashEntry[]陣列來儲存所有的key-value對,當需要儲存一個HashEntry物件時,會根據key的hash演算法來決定其在陣列中的儲存位置,在根據equals方法決定其在該陣列位置上的連結串列中的儲存位置;當需要取出一個HashEntry時,也會根據key的hash演算法找到其在陣列中的儲存位置,再根據equals方法從該位置上的連結串列中取出該HashEntry。

    4.與HashMap不同的是,ConcurrentHashMap使用多個子Hash表,也就是段(Segment)。

    5.ConcurrentHashMap完全允許多個讀操作併發進行,讀操作並不需要加鎖。如果使用傳統的技術,如HashMap中的實現,如果允許可以在hash鏈的中間新增或刪除元素,讀操作不加鎖將得到不一致的資料。ConcurrentHashMap實現技術是保證HashEntry幾乎是不可變的。

HashSet的實現原理:

    1.HashSet由雜湊表(實際上是一個HashMap例項)支援,不保證set的迭代順序,並允許使用null元素。

    2.基於HashMap實現,API也是對HashMap的行為進行了封裝,可參考HashMap。

LinkedHashMap的實現原理:

    1.LinkedHashMap繼承於HashMap,底層使用雜湊表和雙向連結串列來儲存所有元素,並且它是非同步,允許使用null值和null鍵。

    2.基本操作與父類HashMap相似,通過重寫HashMap相關方法,重新定義了陣列中儲存的元素Entry,來實現自己的連結列表特性。該Entry除了儲存當前物件的引用外,還儲存了其上一個元素before和下一個元素after的引用,從而構成了雙向連結列表。

LinkedHashSet的實現原理:

    1.對於LinkedHashSet而言,它繼承與HashSet、又基於LinkedHashMap來實現的。LinkedHashSet底層使用LinkedHashMap來儲存所有元素,它繼承與HashSet,其所有的方法操作上又與HashSet相同。